纯电动汽车的驱动系统及其驱动总成的制作方法

本实用新型涉及电动车技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车的驱动系统。

背景技术：

汽车作为现代人的重要交通工具，在全世界有很大的保有量。汽车传统上使用的能源为汽油或者柴油。由于汽油和柴油均来自石油这样的不可再生资源，而且在燃烧时会排放一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫等各种气体污染物，人们一直希望能够以其他更为清洁的能源代替汽油和柴油。纯电动汽车就是其中的一种新能源汽车，它仅需使用电能，而无需使用汽油或柴油。

随着电池技术的持续进步，近年来已经出现了商业化的纯电动汽车。然而目前纯电动汽车仍然面临许多影响普及的问题。例如，因电池容量的限制，纯电动汽车的续航里程较短，引起所谓“里程焦虑”问题。在电池技术暂时难以逾越的瓶颈下，如何提高电能的使用效率，成为纯电动汽车领域的一个重要课题。

目前纯电动汽车普遍采用的电驱动方式是由电机驱动固定减速器和差速器。根据这一驱动方式，电机在恒速比驱动下运行。由于复杂工况对转矩的要求不同，恒速比驱动方式是通过改变电机转速来输出不同转矩的。举例来说，对于大转矩，需要电机增大转速来实现，而增大转速需要电池在更大的电流下放电。

尽管已经认识到纯电动汽车不采用变速器可能的缺点，例如车辆的加速时间和最高车速性能往往相互制约。但是通常认为通过合理设计电机特性曲线，匹配减速器减速比，大部分纯电动汽车最高车速也可以设计在时速150公里以上，基本上能够满足市场需求。由此得出从性能角度来看，纯电动车没有必要加装变速器的观点。

具体来说，大部分常规混合动力汽车一般加装内燃机并匹配相应的变速器，是认为发动机在不同转速、负荷下的工作效率差别很大。通过加装变速器，可以使发动机工作在高效区，其效率提高的幅度明显大于加装变速器带来传动系统效率降低幅度，从而使车辆动力传动系统总体效率提高，提高车辆燃油经济性总体水平。但是同时也注意到电动机高效区效率可达到95％以上，而其低效区效率也可以达到70％以上，因此电动机在其效率场内效率变化没有发动机那么明显，其高效区比例远大于发动机高效区比例，从而认为纯电动汽车不是非常必要加装变速器。

然而实践中发现已知恒速比驱动方式通过改变电机转速来输出不同扭矩的做法存在着严重的弊端。对于大转矩来说，需要电机增大转速来实现。增大转速需要电池在更大的电流下放电，这容易对电池造成损害。极端情况下，需要利用电机峰值功率和峰值扭矩和峰值大电流驱动电机材能获得相应的转矩以满足实际工况的需要。这种做法造成的后果包括：电机发热，使用效率下降；使有限并珍贵的电池组电容量急剧下降，同时峰值大电流放电使电池急剧升温、升温引起电芯内阻急剧增大，电池受到极大的冲击；充电循环次数快速减少、蓄电容量和电芯寿命锐减、放电持续时间下降，不符合动力电池组的放电特性。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种纯电动汽车的驱动系统及其驱动总成，能实现智能无级平顺无顿挫变速，进而减少电池的电量消耗和所受损害。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种纯电动汽车的驱动总成，包括无刷直流电机和钢带式无级变速器，该钢带式无级变速器包括：

液力变矩器或离合器，该无刷直流电机的输出端与该液力变矩器或离合器的输入端固定连接；

钢带传动组合，包括主动带轮、从动带轮及连接该主动带轮和该从动带轮的传动钢带，该液力变矩器或离合器的输出端连接该主动带轮以驱动该主动带轮转动；

减速器，包括主减速器和差速器，该主减速器连接驱动该差速器，该主减速器包括齿轮组，该从动带轮的输出轴连接该齿轮组。

根据本实用新型的一个实施例，所述无刷直流电机的电机座通过螺栓固定在所述钢带式无级变速器的外壳上。

本实用新型还提供了一种纯电动汽车的驱动系统，包括电机驱动器、整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)、变速控制器(TCU)、以及前述的驱动总成，其中，

该电机驱动器电连接该无刷直流电机，该钢带式无级变速器的输出端连接驱动轮的轮轴；

该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；

该电机驱动器的信号输入端连接该电机控制器的控制信号输出端；

该整车控制器的信号输入端分别与该纯电动汽车的加速踏板主驱动信号输出端和该纯电动汽车的制动信号输出端连接；

该钢带式无级变速器内设有换档执行器和分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、该主动带轮和该从动带轮转速和压力、档位位置开关，该变速控制器的输入端连接该第二组传感器，该变速控制器的输出端与该换档执行器输入端连接；

该整车控制器、电机控制器以及变速控制器经车载通信总线相连；

其中该整车控制器同时和该变速控制器及该电机控制器通过该车载通信总线双向通信实时获得包含车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和转矩负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行。

根据本实用新型的一个实施例，该工况包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步。

根据本实用新型的一个实施例，该第一组传感器还测量以下参数：温度。

根据本实用新型的一个实施例，该第二组传感器还测量以下参数：油压、油温。

根据本实用新型的一个实施例，该无刷直流电机的转速为0-3500rmp/min。

根据本实用新型的一个实施例，各个工况对应不同的档位，最大变速比0-10km/h，最小变速比为60-70km/h的车速。

根据本实用新型的一个实施例，退档对应的车速值小于进档对应的车速值，进、退换档响应速度为小于10ms。

本实用新型提供的一种纯电动汽车的驱动系统，利用无刷直流电机串联驱动钢带式无级变速器，能实现智能无级平顺无顿挫变速，进而减少电池的电量消耗和所受损害。

附图说明

包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1示出了本实用新型的驱动总成的结构示意图。

图2示出了本实用新型的驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。

纯电动汽车主要用于城市交通，车辆大部分时间处于启动、加速、制动的工作状态，因此电驱动总成的起步性能、启动转矩、启动电流、加速性、低速时的效率、制动及滑行时的能量再生能力、电驱动总成的过载能力，和全工况节能驱动是衡量电动汽车技术发展成熟度的极为重要的依据和标志。

已知纯电动汽车的电机是在恒速比驱动下运行。尽管复杂工况对转矩的要求不同，但由于电机可以根据需要输出不同扭矩，因此通常认为恒速比驱动是更适合于纯电动汽车的。恒速比驱动方式是通过改变电机转速来输出不同转矩的。

根据本实用新型的实施例，提出一种使用无级变速器的纯电动汽车驱动系统及其驱动总成。根据本实用新型的实施例所提出纯电动车驱动系统和方法，它既符合电池组的放电特性，又符合车辆负载特性，还符合整车的动力性和经济性。

图1示出了本实用新型的驱动总成的结构示意图。参考图1所示，一种纯电动汽车的驱动总成100包括无刷直流电机110和钢带式无级变速器(CVT)120。驱动总成100利用无刷直流电机110串联驱动钢带式无级变速器120。

钢带式无级变速器120包括液力变矩器或离合器130、钢带传动组合140和减速器150。其中无刷直流电机110的输出端与液力变矩器或离合器130的输入端固定连接。具体来说，无刷直流电机110的输出轴花键插入液力变矩器或离合器130的连接盘同心轴套内固定连接为一体。钢带传动组合140包括主动带轮141、从动带轮142及连接主动带轮141和从动带轮142的传动钢带143。液力变矩器或离合器130的输出端连接主动带轮141以驱动主动带轮141转动。减速器150包括主减速器160和差速器170。主减速器150连接并驱动差速器170。主减速器150包括齿轮组161，从动带轮142的输出轴连接齿轮组161。

钢带式无级变速器120的驱动输出孔两端内的轴花键套与左右两根半轴相对插入固接。左右半轴外端外花键轴分别插入左、右驱动轮180中心的内花键套内紧固。在一实施例中，无刷直流电机110的电机座可由螺栓固接在钢带无级变速器120的外壳对应的螺纹孔内。

图2示出了本实用新型的驱动系统的结构示意图。结合图2和图1所示，一种纯电动汽车的驱动系统200，包括电机驱动器210、前述的驱动总成100、电池组220、配电箱230、电机控制器(MCU)241、电池管理系统(Battery Management System,BMS)242、整车控制器(VCU)243以及变速控制器(TCU)244。

电池组220的供电输出端与配电箱230的输入端经绝缘高压导线相连通，配电箱230的输出端与电机驱动器210的输入端经绝缘高压导线相连通。

电机驱动器210电连接无刷直流电机110。举例来说，无刷直流电机110的高压输入端和电机驱动器210的高压输出端相对应，经绝缘高压导线相连通。无级变速器120的输出端连接驱动轮的轮轴。

在一实施例中，无刷直流电机110的特性为低转速/大扭矩，其转速为0-3500rmp/min。

无刷直流电机110内可设有分别用以测量以下参数的第一组传感器(图中未示)：温度、转速、电压、电流、以及转矩。可以理解，这些参数可以根据需要来选定一部分或者全部。

无级变速器120内设有换挡执行器170和分别用以测量以下参数的第二组传感器(图中未示)：油压、油温、离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关。可以理解，这些参数可以根据需要来选定一部分或者全部。

电机控制器241的输入端连接无刷直流电机110内的第一组传感器，以获取所需的电机的各种参数。电机控制器241的一个控制信号输出端则连接电机驱动器210的信号输入端。电机驱动器210受电机控制器241的程序管理控制。

整车控制器243的信号输入端分别与纯电动汽车的加速踏板的主驱动信号输出端以及纯电动汽车的制动信号输出端连接。变速控制器244的输入端经线束对应连通第二组传感器的信号输出端。变速控制器244的输出端与无级变速器120的换档执行器170的输入端连接。

电机控制器241、整车控制器243以及变速控制器244经车载通信总线相连。车载通信总线例如是现场总线(CAN总线)。

根据一实施例，由整车控制器243同时和变速控制器244及电机控制器241通过车载总线双向通信实时获得包含车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和转矩负载电流等信号参数，整车控制器243根据该信息参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令变速控制器244控制换档执行器170执行。

更具体地说，整车控制器243同时和变速控制器244及电机控制器241通过车载总线双向通信实时获得包含车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和转矩负载电流等信号参数，整车控制器243可以根据车速信号使变速点(档)与车速(km/h)在变速比范围内，全工况实现实时动态伺服变速比变扭矩。作为举例而非限制，各种工况可包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步等。

另外，需要设定汽车在各种工况下变速比。举例来说，1档为最大变速比，对应0-10km/h的车速；10档为最小变速比，对应为60-70km/h的车速。其余的变速点(档)可以按车速值等分相对应，依序进档。退档对应的车速值小于进档车速值。举例来说，进、退换档响应速度为小于10ms。因此，实现了智能自学习循环变速比控制。

整车控制器243经车载通信总线车载网络与电机控制器241、变速控制器244、BMS 242相连通，各司其职，协同实时控制，实现内部数据双向交换通信和资源共享。整车控制器243可以根据电机外特性实时伺服动态匹配输出，通过驱动总成100在不中断动力情况下实现智能无级平顺无顿挫变速，使电机工作在最佳经济高效转速/转矩区内，以达到增强电机驱动总成100的转矩和效率。换句话说，在满足整车动力性要求的前提下，由整车控制器243、电机控制器241、变速控制器244伺服匹配控制的驱动总成100在全工况内放大了电机的输出转矩，节能驱动，使电机始终工作在最佳高效转矩区内，彻底杜绝克服了电机以峰值功率、峰值扭矩、峰值大电流高速高能耗的驱动方式和工作状态，从而提高了整车经济性和动力性。

本实用新型提供的纯电动汽车的驱动系统的工作过程如下：

1.启动进入怠速工况(650转/分～700转/分)；

2.踩制动踏板到底，选择PRNDL档位；

3.松开制动手刹；

4.缓松制动踏板至完全移开，车辆自动进入蠕动缓行状态(1～8km/h时速)；

5.踩加速踏板车辆按驾驶员的意图根据实时车速在不中断动力情况下实现智能无级变速，平顺无顿挫的行驶各工况节能驱动。

本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。